Soudage laser et marquage laser

SOUDAGE LASER

Spécialistes du conditionnement des plastiques techniques, nous nous intéressons à des techniques de transformation innovantes de nos produits afin de toujours proposer la meilleure solution pour chaque application. Le soudage laser est un procédé d’assemblage innovant des plastiques et présente des avantages qu’aucun autre procédé ne peut égaler pour l’heure. Ainsi, le soudage laser génère sur le plastique une soudure très propre ne laissant ni résidu ni particules libres autour de la soudure. Cet aspect rend le procédé particulièrement intéressant pour la production d’appareils médicaux qui doivent satisfaire aux critères les plus rigoureux tant pour la matière que pour la fonction. Contrairement au soudage ultrasonore, le procédé du soudage laser permet d’assembler des composants équipés d’éléments électroniques sans inconvénient pour les caractéristiques desdits éléments ni provoquer leur destruction. Nous testons nos produits dans notre centre d’innovation interne pour vérifier leur compatibilité avec le soudage laser et nous pouvons ainsi fournir le produit optimal pour l’application qui vous intéresse.

MARQUAGE LASER

Le marquage laser est un procédé innovant pour la gravure précise des matériaux les plus divers tels que le bois, le papier ou le cuir etc. Afin de marquer les plastiques au laser, il est en règle générale nécessaire, selon chaque application, de développer la bonne composition du plastique pour le produit final qui est soumis au cours du développement à des tests permanents en matière de marquabilité. Outre le savoir-faire dans le développement de plastiques marquables au laser, Treffert offre la possibilité d’effectuer rapidement une batterie de tests sur six lasers dans notre centre d’innovation pour optimiser le délai de développement.

Soudage laser pour les plastiques  –

le procédé moderne d’assemblage pour de nombreuses applications

Questions et réponses à propos du soudage laser

POURQUOI SOUDER PAR LASER?

Toute nouvelle technologie doit présenter de solides arguments pour remplacer les méthodes établies. Pourquoi utiliser le laser pour souder des polymères ? Il y a quatre raisons significatives:

  • Une soudure laser offre une grande résistance mécanique, une étanchéité aux gaz, et atteint souvent la même solidité que le matériau de base;
  • Avec le laser, presque tous les contours de soudure peuvent être réalisés, et il existe une solution pour presque chaque géométrie de pièce;
  • Les contraintes mécaniques et thermiques appliquées sont minimes : on soude ce que l’on vise. La soudure est localisée si précisément, que des composants sensibles placés très proches de celle-ci ne peuvent pas être affectés.
  • Le résultat en surface est d’une qualité parfaite : pas de microparticule, de trace de colle ou de rugosité.
QUE PEUT-ON SOUDER?

En résumé, tous les thermoplastiques et élastomères thermoplastiques, chargés ou non, peuvent être soudés. Par exemple, des polymères chargés à 30% de fibre de verre sont couramment soudés par laser. De plus, on peut souder ensemble et sans problème des polymères de types différents – tant que ceux-ci sont compatibles chimiquement, et que leurs températures de fusion sont suffisamment proches. Voici quelques exemples de matériaux soudables par laser :

PE, PP, PVC, PS, ABS, SAN, PA6, PA6.6, PC, PMMA, PSU, …

Il existe également une règle pour les matériaux naturels : ce qui peut être soudé par ultrasons peut être soudé par laser.

QUATRE FACTEURS DE SUCCES

Comme tout autre procédé, le soudage laser de polymères requiert certaines conditions spécifiques pour être réussi. Quatre facteurs sont essentiels:

  • Le choix de polymères et pigments adéquats ;
  • L’utilisation de la bonne source laser, et de l’optique adéquate ;
  • Une configuration de joint appropriée, et un faible écart entre les pièces ;
  • Une technologie de serrage optimisée, permettant l’accès du faisceau laser à la zone de soudure, et appliquant une pression suffisante sur les composants.
COMPARAISON DIRECTE

Le collage de polymères requiert souvent la préparation de la surface avec des solvants organiques. Ceci exclut le collage pour certaines applications. De plus, certaines polyoléfines apolaires très classiques (PE et PP) sont difficiles à coller. Le soudage par élément chauffant ou air chaud est bon marché, mais lent. De plus, dans le premier cas, il y a contact direct entre la pièce et l’élément chauffant. Ces procédés mettent en oeuvre de la chaleur sur une large surface, ce qui ne convient pas aux composants sensibles. Les méthodes de soudage par friction, vibration ou ultrasons soumettent les pièces à d’importantes contraintes mécaniques. En conséquence, un design complexe, et une maintenance régulière de la machine sont nécessaires. En particulier, le soudage par ultrasons nécessite une géométrie des pièces conçue spécifiquement, afin de transmettre l’énergie du son dans les bonnes parties de la pièce.

Enfin, la technologie laser n’occasionne aucune libération de particule, contrairement aux autres technologies. Le soudage laser de polymères est déjà implanté avec succès dans de nombreuses situations. Les principaux secteurs d’utilisation sont l’automobile, l’électronique et les industries de télécommunication, la technologie des appareils médicaux, l’hygiène et les appareils ménagers.

DESCRIPTION GENERALE DU PROCEDE

La faible conductivité de la chaleur et la viscosité des polymères entraînent que la majorité des procédés de soudage agissent en surface, par recouvrement des deux matières. Ici, le faisceau laser traverse le matériau supérieur, et est absorbé par le matériau inférieur. La fonte de ce dernier entraîne une plastification remplissant l’espace entre les pièces, et une fusion avec le matériau supérieur par transfert de chaleur. Ainsi, un facteur de réussite important est la petitesse de l’espace entre les pièces. On donne comme limite classique 100 microns pour un soudage contour.

TRANSPARENCE ET ABSORPTION

Les polymères utilisés habituellement sont relativement transparents (lorsqu’ils ne sont pas trop chargés) aux longueurs d’ondes des sources laser infra-rouges (sauf des lasers CO2). Les adjuvants, généralement des pigments, accroissent l’absorption d’énergie laser. Beaucoup de pigments absorbent dans une zone de rayonnement infra-rouge, et peuvent donc être utilisés pour le soudage laser. Le plus simple, donc le plus courant, est l’utilisation de noir de carbone comme absorbeur, à un dosage typique de 0,05 à 0,5%. Toutefois, cela conduit à des couleurs sombres. Il existe déjà des solutions standards pour soudage noir/ noir ou transparent/noir. Pour les couleurs plus claires et lumineuses, des pigments spéciaux ont étés développés. Ils n’absorbent qu’aux longueurs d’ondes utilisées pour le soudage laser, ils modifient légèrement la couleur qui peut être ajustée.

NOIR, COLORE, TRANSPARENT, BLANC

Noir, coloré, transparent, blanc… c’est dans cet ordre que croît la complexité du procédé de soudage laser. Les applications ayant une matière noire comme partie absorbante sont habituellement faciles à réaliser, ou même disponibles comme solutions standards. Lors du soudage de polymères de même couleur, deux recettes pigmentaires sont élaborées: mêmes teintes, non métamères, l’une transparente au laser, l’autre absorbante. Cette tâche est maintenant classique chez un coloriste expérimenté. Le soudage de polymères colorés, particulièrement prisé dans la fabrication d’appareils médicaux, est réussi grâce à l’utilisation des pigments suscités, absorbant le rayonnement laser. On peut aussi utiliser des lasers CO2 pour des feuilles métalliques, ou des polymères adéquats non colorés. Le soudage blanc-blanc requiert des aménagements spécifiques, en raison de la diffusion du rayonnement, et du manque de transparence dû au dioxyde de titane, utilisé dans la majorité des cas.

PIGMENTER : UNE CLE DE LA REUSSITE

Pour trouver la recette pigmentaire idéale, fournissant teinte et caractéristiques idéale pour le soudage laser, il faut un spécialiste, ayant l’expérience de dizaines de milliers de recettes, et équipé d’un laboratoire sophistiqué, de lignes d’extrusion modernes et de systèmes de mélange fiables. A partir d’un modèle de la couleur fourni par le client, le coloriste développe un concentré de couleur, qui peut être ajouté au polymère lors de la transformation, sous forme de mélange-maître. Le mélange-maître est simple à mettre en œuvre, disperse idéalement les pigments, et reproduit la teinte à l’identique. Si cela est nécessaire, le matériau à colorer peut être utilisé comme matériau de base du mélange-maître. Les caractéristiques de la matière sont alors conservées, ce qui est particulièrement essentiel dans l’industrie des appareils médicaux.

QUELLE SOURCE LASER?

La longueur d’onde est le paramètre crucial, faisant des diodes laser, des lasers Nd:YAG et C02 les équipements les plus adaptés au soudage laser de polymères. Le dernier est absorbé par presque tous les polymères, et peut les souder directement (sauf les feuilles de métal). Si l’on fait abstraction de la différence de longueur d’onde, et des caractéristiques d’absorption des pigments, la règle suivante s’applique: les lasers Nd:YAG conviennent particulièrement aux soudures d’une largeur inférieure à 1 mm, à géométrie plane quelconque. En revanche, les diodes lasers sont préférées pour des soudures plus larges, circulaires, ou simplement pour des soudures par points. Dans la majorité des cas, la puissance requise varie entre 30 et 150 W; ceci est atteint sans effort par la majorité des équipements laser.

SOUDAGE CONTOUR & SOUDAGE QUASI-SIMULTANE

Ces deux procédés ont actuellement la faveur du marché. Dans le cas du soudage contour, le faisceau laser suit le cordon de soudure, comme on le fait pour le soudage de métaux. Le faisceau laser est souvent acheminé via une fibre de verre à une optique robotisée. On peut souder presque toute taille de pièce. L’espace acceptable entre les deux pièces (approximativement 100 microns) définit souvent la limite de cette technique. Dans le cas du soudage quasi-simultané, le faisceau laser passe au-dessus du contour de soudure plusieurs fois très rapidement. La déflection du rayon étant faite par des têtes de déflexion galvanométriques, une qualité de faisceau améliorée est donc essentielle. La soudure complète du contour se fait instantanément, en raison de la chaleur emmagasinée au fur et à mesure, et cela permet aux matériaux de bouger l’un contre l’autre. Un système de mise en pression adéquat permet de souder malgré un espace plus important entre les pièces. Toutefois, le soudage quasisimultané requiert une puissance laser plus importante, et la chauffe des composants est plus grande.

Vous pouvez consulter ici les informations découlant des questions
et des réponses sous forme de brochure :



Soudure des polymers (PDF, ca. 0,5 MB)

Exemples de produits pour le soudage laser et le marquage laser

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